Меню

Постоянный ток это в физике 10 класс

Презентация по физике 10 кл. на тему «Постоянный электрический ток»

Тема 3.5. Постоянный электрический ток. Сила тока, напряжение, электрическое.

Описание презентации по отдельным слайдам:

Тема 3.5. Постоянный электрический ток. Сила тока, напряжение, электрическое сопротивление. Закон Ома для участка цепи. Девиз урока: Незнающий узнает, знающий повторит.

Что называют электрическим током? Электрический ток — упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц под действием электрического поля. За направление тока выбрано направление движения положительно заряженных частиц.

Действие тока. Движение частиц в проводнике мы непосредственно не видим. О наличии электрического тока приходится судить по тем действиям или явлениям, которые его сопровождают. Тепловое (Проводник, по которому течет ток, нагревается). Нагревание отсутствует у сверхпроводников. Химическое (Электрический ток может изменять химический состав проводника, например, выделять его составные части (медь из раствора медного купороса и т. д.). Химическое действие тока наблюдается лишь у растворов и расплавов электролитов. Магнитное (Ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела. Так, магнитная стрелка вблизи проводника с током поворачивается. Магнитное действие тока проявляется у всех без исключения проводников).

!1 А – это сила тока, при которой за 1с через поперечное сечение проводника проходит заряд в 1 Кл. Упорядоченное движение электронов в металлическом проводнике и ток I, S – площадь поперечного сечения проводника, Е– электрическое поле.

Амперметр – это прибор для измерения силы тока в электрической цепи. В зависимости от величины измеряемого тока приборы для измерения силы тока делятся на: амперметры (PA1), миллиамперметры (PA2) микроамперметры (PA3). На принципиальных схемах амперметр, как измерительный прибор обозначается: Эл. схема для измерения силы тока

где j -плотность тока, S — площадь сечения проводника.

Вольтметр — это прибор, предназначенный для измерения напряжения или электродвижущей силы в электрических цепях. На принципиальных схемах условное изображение вольтметра: Изображения с обозначением «mV» и «μV» указываются в тех случаях, если вольтметр рассчитан на измерение долей вольта — милливольт (1mV = 0,001V) и микровольт (1μV = 0,000001 V). Вольтметр, в отличие от амперметра подключается параллельно нагрузке.

[G] =1 Ом-1=1 См ( сименс)

Зависимость сопротивление проводника от температуры: R = R0 [ 1 + αт (T — T0 )] Здесь R0 — сопротивление при температуре T0 (до нагрева); T – температура, до которой нагрели проводник; α0 — температурный коэффициент, у каждого металла – свой коэффициент: медь 0,004; вольфрам 0,004 – 0,05; нихром 0,00015; сталь 0,006; латунь 0,0027; константан 0,000005; манганин 0,00006. Температурный коэффициент αт показывает на сколько Ом увеличивается сопротивление каждого Ома проводника при увеличении температуры его на 1 градус. Примечание: Приведенная формула пригодна только для температур не более 150 градусов.

Условия, необходимые для существования электрического тока: наличие свободных заряженных частиц. сила, действующая на них в определенном направлении. На заряженные частицы, как мы знаем, действует электрическое поле с силой F = qE. Для каждого проводника существует определенная зависимость силы тока от приложенной разности потенциалов на концах проводника. Эту зависимость выражает так называемая вольт-амперная характеристика ВАХ проводника. Впервые (для металлов) ВАХ установил немецкий ученый Георг Ом (1787—1854), поэтому зависимость силы тока от напряжения носит название закона Ома.

Актуализация знаний. Уровень 2 1. По проводнику, к концам которого приложено напряжение 5 В, прошло 100 Кл электричества. Определите работу тока. 2. Электрическая лампочка включена в цепь с напряжением 10 В. Током была совершена работа 150 Дж. Какое количество электричества прошло через нить накала лампочки? Уровень 3 1. Какую работу совершит ток силой 3 А за 10 мин при напряжении в цепи 15 В? 2. К источнику тока напряжением 120 В поочередно присоединяли на одно и то же время проводники сопротивлением 20 Ом и 40 Ом. В каком случае работа электрического тока была меньше и во сколько раз?

768(777). Обмотка реостата сопротивлением 84 Ом выполнена из никелиновой проволоки с площадью поперечного сечения 1 мм2. Какова длина проволоки? 769(778). Во сколько раз изменится сопротивление проводника (без изоляции), если его свернуть пополам и скрутить? 770. Моток проволоки, изготовленный из стали, имеет сопротивление 23,2 Ом и массу 14,1 кг. Найти длину / проволоки и площадь поперечного сечения. 772(783). Какова напряженность поля в алюминиевом проводнике сечением 1,4 мм2 при силе тока 1 А?

Тема 3.6. Последовательное и параллельное соединения проводников. Работа и мощность тока.

Чтобы электротехническое устройство работало, должна быть создана электрическая цепь, задача которой передать электрическую энергию этому устройству и обеспечить ему требуемый режим работы. Электрической цепью называется совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока. Для анализа и расчета электрическая цепь графически представляется в виде электрической схемы, содержащей условные обозначения ее элементов и способы их соединения.

Все устройства и объекты, входящие в состав электрической цепи, могут быть разделены на три группы: 1.Источники электрической энергии (питания, аккумуляторы, генераторы и т.д.); 2. Потребители электрической энергии (нагревательные приборы, эл. лампы, двигатели); Общим свойством всех потребителей является преобразование электроэнергии в другие виды энергии Иногда потребители называют нагрузкой. 3. Вспомогательные элементы цепи (соединительные провода, аппаратура защиты, измерительные приборы и т.д.).

Способы соединения сопротивлений: последовательное, параллельное и смешанное. Смешанное соединение — комбинация параллельного и последовательного соединений.

При последовательном соединении конец предыдущего проводника соединяется с началом следующего. Во всех последовательно соединенных проводниках сила тока одинакова: I1= I2=I Сопротивление всего участка равно сумме сопротивлений всех отдельно взятых проводников: R = R1+ R2 Падение напряжения на всем участке равно сумме паданий напряжений на всех отдельно взятых проводниках: U= U1 +U2 Напряжения на последовательно соединенных проводниках пропорциональны их сопротивлениям. При параллельном соединении проводники подсоединяются к одним и тем же точкам цепи. Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме токов, текущих в каждом проводнике: I = I1+ I2 Величина, обратная сопротивлению разветвленного участка, равна сумме обратных величин обратных сопротивлениям каждого отдельно взятого проводника: Падение напряжения во всех проводниках одинаково: U= U1 = U2 Силы тока в проводниках обратно пропорциональны их сопротивлениям

Работа электрического тока При протекании тока по однородному участку цепи электрическое поле совершает работу. За время Δt по цепи протекает заряд Δq = IΔt. Электрическое поле на выделенном участке совершает работу ΔA = (φ1 – φ2)Δq = ΔφIΔt = UIΔt, где U = Δφ12 – напряжение. Эту работу называют работой электрического тока. Из закона Ома для участка цепи U =RI. То получится соотношение ΔA = UIΔt = RI2Δt Работа ΔA электрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в тепло ΔQ, выделяющееся на проводнике. ΔQ = ΔA = RI2Δt. Закон преобразования работы тока в тепло был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж. Джоулем и Э. Ленцем и носит название закона Джоуля–Ленца. Измеряют работу электрического тока счетчиками.

Мощность электрического тока Р равна отношению работы тока ΔA к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена: Работа электрического тока в СИ выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт).

Решение задач: 1.Определить общее сопротивление двух потребителей, если их сопротивления равны 8 и 12 Ом при последовательном и параллельном соединениях.. 2.Два потребителя с сопротивлением 50 и 100 Ом включены последовательно. Напряжение на втором потребителе 25 В. Определить напряжение на первом потребителе и напряжение на источнике. 3.Напряжение источника 12 В. К источнику подключены параллельно три потребителя с сопротивлением 4, 6 и 3 Ом. Определить общее сопротивление. Определить силу тока в каждом и общую силу тока.

Решение задач: 4.Сопротивление спирали плитки 80 Ом, сила тока 2,75 А. Определить мощность плитки и напряжение, на которое она рассчитана. Определить стоимость за месяц из расчета работы плитки по 6 часов в сутки. 5.Определить количество теплоты, выделяемой плиткой за полчаса, если сопротивление спирали 80 Ом, а напряжение сети 220 В. 6.Печь мощностью 2 кВт при напряжении 220 В имеет спираль из нихрома диаметром 0,6 мм. Сколько метров нихрома ушло на изготовление спирали?

Начертите принципиальную схему электриче­ской цепи, изображенной на рисунке. Укажите на ней знаками «+» и «—» полярность зажимов измерительных приборов. Какому участку цепи соответствует мощность, определенная по показаниям приборов? Найдите значение этой мощности. Определите номинальную мощность тока в реостате.

Начертить схему электрической цепи, состоящей из источника тока, эл. лампы, звонка и трёх выключателей, причем если включить один выключатель, то горит лампа, если второй – работает звонок, третий – одновременно загорается лампа и работает звонок.

На рис. приведен пример сложной цепи и указана последовательность вычислений.

1. Найти сопротивление цепи, изображенной на рисунке, если каждое из сопротивлений равно 2 Ом. 2. Вычислите сопротивление цепи, представленной на рисунке, если каждое из сопротивлений равно 1 Ом.

Читайте также:  Устройство электрических машин постоянного тока это

В каком случае человек подвергается меньшей опасности, (воздействие электрического тока) когда он находится на мокрой или сухой поверхности, вблизи которой упал на землю провод линии высокого напряжения? Возможный ответ. Тело человека и Земля между ступнями его ног, представляют собой параллельные участки цепи в которых силы токов обратно пропорционально сопротивлениям. Сопротивление данного человека постоянно, а сопротивление сухой земли больше, чем мокрой, то ток проходящий через человека меньше, чем через влажную поверхность. В некоторых случаях, случайно схватившись за оголённый провод, вы не сможете оторвать руку от провода. Почему? Возможный ответ. Руку удерживают на проводе не электрические силы. Проходя по мышцам руки электрический ток вызывает сокращение мышц, которые и обуславливают охват провода.

Проводники ρ (Ом·м) Изоляторы ρ (Ом·м) Алюминий 2.7·10-8 Бакелит 1016 Вольфрам 5.5·10-8 Бензол 1015..1016 Графит 8.0·10-6 Бумага 1015 Железо 1.0·10-7 Вода дистиллированная 104 Золото 2.2·10-8 Вода морская 0.3 Иридий 4.74·10-8 Дерево сухое 109..1013 Константан 5.0·10-7 Земля влажная 102 Литая сталь 1.3·10-7 Кварцевое стекло 1016 Магний 4.4·10-8 Керосин 1010..1012 Манганин 4.3·10-7 Мрамор 108 Медь 1.72·10-8 Парафин 1014..1016 Молибден 5.4·10-8 Парафиновое масло 1014 Нейзильбер 3.3·10-7 Плексиглас 1013 Никель 8.7·10-8 Полистирол 1016 Нихром 1.12·10-6 Полихлорвинил 1013 Олово 1.2·10-7 Полиэтилен 1010..1013 Платина 1.07·10-7 Силиконовое масло 1013 Ртуть 9.6·10-7 Слюда 1014 Свинец 2.08·10-7 Стекло 1011 Серебро 1.6·10-8 Трансформаторное масло 1010

Тема 3.7. Источник тока. Электродвижущая сила источника тока. Закон Ома для полной цепи.

Источник тока — устройство, в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля. В источниках тока происходит разделение зарядов разных знаков под действием сил неэлектрического природы: химических, механических, термоэлектрических и других. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами. Причины возникновения сторонних сил в различных источниках тока различны. Например в аккумуляторах и гальванических элементах сторонние силы возникают благодаря протеканию химических реакций, в генераторах электростанций они возникают при движении проводника в магнитном поле, в фотоэлементах — при действия света на электроны в металлах и полупроводниках.

Источник тока в электрической цепи играет ту же роль, что и насос, который необходим для перекачки жидкости в замкнутой гидравлической системе. Под действием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться постоянный электрический ток. При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу. Физическая величина, равная отношению работы Aст сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС): Таким образом, ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах(В).

Цепь постоянного тока можно разбить на определенные участки. Те участки, на которых не действуют сторонние силы (т. е. участки, не содержащие источников тока), называются однородными. Участки, включающие источники тока, называются неоднородными. При перемещении единичного положительного заряда по некоторому участку цепи работу совершают как электростатические (кулоновские), так и сторонние силы. Работа электростатических сил равна разности потенциалов Δφ12 = φ1 – φ2 между начальной (1) и конечной (2) точками неоднородного участка. Работа сторонних сил равна по определению электродвижущей силе 12, действующей на данном участке. Поэтому полная работа равна U12 = φ1 – φ2 + 12. Электрическое сопротивление источника тока называется внутренним сопротивлением r источника тока.

Тема 3.8: Электрические цепи постоянного тока и методы их расчета Пример использования метода свертывания схемы (метода эквивалентных преобразований) Пусть в схеме известны все сопротивления резисторов и входное напряжение U: Для схемы, приведенной на рис. 1, необходимо: Рассчитать все токи в ветвях: I1, I2, I3 . Рассчитать напряжение на каждом сопротивлении схемы.

Тема: Режимы работы электрической цепи Для электрической цепи наиболее характерными являются режимы работы: нагрузочный (рабочий), холостого хода и короткого замыкания. Из всех возможных нагрузочных режимов работы наиболее важным является номинальный. Номинальным называется режим работы, установленный заводом-изготовителем для данного электротехнического устройства в соответствии с предъявляемыми к нему техническими требованиями. Он характеризуется номинальными напряжением, током и мощностью. Эти величины обычно указывают в паспорте данного устройства. Нагрузочный режим работы. Рассмотрим работу электрической цепи при подключении к источнику какого-либо приемника с сопротивлением R (резистора, электрической лампы и т. п.). На основании закона Ома э. д. с. источника равна сумме напряжений IR на внешнем участке цепи и Ir на внутреннем сопротивлении источника: ℰ= IR + Ir. Учитывая, что напряжение Uи на зажимах источника равно падению напряжения IR во внешней цепи, получим: ℰ = Uи+Ir (1)

Режим холостого хода. При этом режиме присоединенная к источнику электрическая цепь разомкнута, т. е. тока в цепи нет. В этом случае внутреннее падение напряжения Ir будет равно нулю и формула ℰ = Uи+ Ir примет вид E = Uи Таким образом, в режиме холостого хода напряжение на зажимах источника электрической энергии равно его э. д. с. Это обстоятельство можно использовать для измерения э. д. с. источников электроэнергии.

Режим короткого замыкания. Коротким замыканием (к. з.) называют такой режим работы источника, когда его зажимы замкнуты проводником, сопротивление которого можно считать равным нулю. Практически к. з. возникает при соединении друг с другом проводов, связывающих источник с приемником, так как эти провода имеют обычно незначительное сопротивление и его можно принять равным нулю. При к. з. ЭДС источника тока и его сопротивление будут определять значение силы тока в цепи. Такое значение силы тока будет являться предельным для данного источника тока и называется током короткого замыкания.

ΔQ = RI2Δt – тепло, выделяющееся на внешнем участке цепи за время Δt, ΔQист = rI2Δt – тепло, выделяющееся внутри источника за то же время. При протекании электрического тока по замкнутой цепи работа сторонних сил ΔAст преобразуется в тепло, выделяющееся во внешней цепи (ΔQ) и внутри источника (ΔQист). ΔQ + ΔQист = ΔAст = IΔt

Шунты и добавочные сопротивления. Шунт — сопротивление, подключаемое параллельно к амперметру (гальванометру), для расширения его шкалы при измерении силы тока. Если амперметр рассчитан на силу тока I0 , а с помощью него необходимо измерить силу тока, превышающую в n раз допустимое значение, то сопротивление, подключаемого шунта должно удовлетворять следующему условию:

1. Найти сопротивление цепи, изображенной на рисунке, если каждое из сопротивлений равно 2 Ом. 2.Вычислите сопротивление цепи, представленной на рисунке, если каждое из сопротивлений равно 1 Ом.

Для расширения пределов измерения амперметров применяются так называемые шунты, благодаря которым в прибор ответвляется лишь часть измеряемого тока. Шунт представляет собой сопротивление, включаемое последовательно в цепь измеряемого тока, амперметр же включается параллельно шунту. Шунты изготовляются обычно из манганина, обладающего малым температурным коэффициентом, благодаря чему его сопротивление практически остается постоянным.

Для расширения пределов измерения вольтметра к обмотке измерительного механизма последовательно присоединяют многоомное сопротивление, носящее название добавочного сопротивления. Добавочное сопротивление — сопротивление, подключаемое последовательно с вольтметром (гальванометром), для расширения его шкалы при измерении напряжения. Если вольтметр рассчитан на напряжение U0 , а с помощью него необходимо измерить напряжение, превышающее в n раз допустимое значение, то добавочное сопротивление должно удовлетворять следующему условию

2. Решение экспериментальных задач 1.Нарисуйте соединения изображенных на рисунке устройств в соответствии с приведенной принципиальной схемой электрической цепи. 2.Отметьте стрелками на линиях, изображающих соединительные провода, направление тока в ветвях параллельного соединения. 3. Определите цену деления шкалы амперметра:

Начертите принципиальную схему электриче­ской цепи, изображенной на рисунке. Укажите на ней знаками «+» и «—» полярность зажимов измерительных приборов. Какому участку цепи соответствует мощность, определенная по показаниям приборов? Найдите значение этой мощности. Определите номинальную мощность тока в реостате.

Вопрос: при каком соединении одинаковые лампы горят ярче? Почему? или

Начертить схему электрической цепи, состоящей из источника тока, эл. лампы, звонка и трёх выключателей, причем если включить один выключатель, то горит лампа, если второй – работает звонок, третий – одновременно загорается лампа и работает звонок.

Вопрос: Как определить знаки полюсов автомобильного аккумулятора , пользуясь двумя медными проводниками и сырой картофелиной?

Источник

Электрический ток. Сила тока

Урок 69. Физика 10 класс

Доступ к видеоуроку ограничен

Конспект урока «Электрический ток. Сила тока»

С понятием электрического тока вы познакомились еще в восьмом классе. Напомним, что электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц.

Читайте также:  Определите время работы стартера автомобиля при пуске двигателя если при силе тока 180

Как мы знаем, все тела состоят из частиц, и эти частицы совершают беспорядочные движения. В частности, свободные электроны в металле участвуют в тепловом движении. В этом случае, через поперечное сечение проводника в среднем проходит одинаковое число электронов в обе стороны. Для того, чтобы все частицы начали двигаться направлено, в проводнике должно существовать электрическое поле. В этом случае, под действием электрического поля, свободные заряды начнут смещаться в определенном направлении. Как вы уже знаете, за направление электрического тока принято направление движения положительно заряженных частиц. Надо сказать, что это не очень удачный выбор, поскольку, чаще всего, ток представляет собой движение электронов, которые являются отрицательно заряженными частицами. Хотя, ток также может быть вызван движением положительных ионов.

В ближайшее время мы будем рассматривать простейший случай электрического тока, который называется постоянным током. Постоянный ток — это электрический ток, при котором заряженные частицы не изменяют ни направление, ни скорость своего движения.

Конечно, мы не имеем возможности увидеть движение частиц в проводнике. Об электрическом токе мы привыкли судить по его действиям. Напомним, что существует тепловое, химическое и магнитное действие электрического тока.

Как вы знаете, электрический ток сопровождается нагреванием проводников, то есть, тепловым действием. Это действие широко используется при создании электронагревательных приборов, таких, как, например, утюг, обогреватель или чайник. Также при протекании электрического тока по определенным проводникам, может измениться их состав (то есть ток оказывает химическое действие). Это действие успешно используется для очистки металлов от примеси, например, или для разложения солей и щелочей на составные части.

Кроме этого существует магнитное действие: вокруг любого проводника с током возникает магнитное поле. Примеров использования этого действия можно привести очень много: к примеру, на магнитном действии тока основан электромагнит, генератор и многие электроизмерительные приборы. Также, магнитное действие тока легло в основу единицы измерения силы тока, о которой мы и поговорим. Напомним, что сила тока определяется как отношение заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника за определенный промежуток времени к этому промежутку времени:

Единицей измерения силы тока является ампер:

Как вы уже знаете, если по проводникам, находящимся вблизи пустить ток в одном направлении, то они начнут притягиваться, а если по ним пустить ток в разных направлениях, то они начнут отталкиваться. Это явление возникает как раз в результате магнитного действия тока. Так вот, если по очень длинным и тонким проводникам, находящимся на расстоянии 1 м друг от друга, проходит одинаковый ток, при котором сила их притяжения или отталкивания составляет 0,2 мкН, то сила тока в этих проводниках равна 1 А.

Конечно, нужно понимать, что, несмотря на подобное определение силы тока, слово «сила», применяемое к току, не имеет ничего общего с понятием силы в механике. Сила тока, скорее характеризует скорость прохождения электрического заряда через поперечное сечение проводника.

Давайте попытаемся установить связь между силой тока и скоростью движения электронов в металлическом проводнике цилиндрической формы.

Рассмотрим небольшой участок проводника длиной.

Применим формулу, по которой вычисляется сила тока:

Очевидно, что суммарный заряд, прошедший через поперечное сечение толщиной l, будет равен произведению количества частиц, находящихся в данном участке проводника, и величины заряда одной частицы:

Поскольку в нашем случае, частицы — это электроны, за заряд частицы следует принять модуль заряда электрона. Число частиц мы можем представить, как произведение концентрации и объема:

Не трудно догадаться, что объем, в данном случае, — это

Подставим полученное выражение в уравнение для силы тока:

Заметим теперь, что отношение длины к промежутку времени— это и есть скорость движения электронов:

Выразим скорость из полученного выражения:

Теперь мы можем заключить, что скорость движения частиц в проводнике прямо пропорциональна силе тока. Конечно, концентрация заряженных частиц в данном объеме проводника зависит от того, из какого вещества состоит проводник. Мы можем подсчитать скорость электронов в медном проводнике с поперечным сечением 1 мм 2 при силе тока в 1 А. Наши расчеты будут основываться на предположении, что на каждый атом меди приходится один свободный электрон.

Если мы подсчитаем скорость движения электронов в других металлах, то она не будет сильно отличаться. Это говорит нам о том, что скорость движения электронов очень невелика. Возникает вопрос, как же тогда получается так, что когда мы включаем свет в комнате, лампочка загорается мгновенно? Дело в том, что скорость распространения электрического тока зависит не от скорости движения самих зарядов, а от скорости распространения электрического поля.

Как мы уже убедились ранее, эта скорость равна скорости света. Поэтому, смело можно считать, что при нажатии на выключатель, все электроны в цепи приходят в движение мгновенно, немедленно создавая электрический ток в лампочке.

Итак, теперь мы можем оговорить условия, необходимые для существования электрического тока: наличие свободных зарядов, наличие электрического поля и замкнутость цепи.

Как мы уже сказали, в первую очередь, необходимо наличие свободных зарядов, иначе никакого упорядоченного движения частиц не возникнет, ввиду отсутствия этих самых частиц. Второе условие — это наличие электрического поля. Чтобы заряды двигались в определенном направлении, на них должна действовать определенная сила. Эта сила, как мы знаем, прямо пропорциональна напряженности электрического поля. То есть для существования тока, необходимо наличие электрического поля, со стороны которого будет действовать сила, приводящая заряды в упорядоченное движение. Ну и, конечно, как мы только что убедились, для существования электрического тока, нужна замкнутая цепь. В противном случае, заряды просто накопятся на концах проводника и сами начнут создавать электрическое поле. То есть возникнет явление электростатической индукции и суммарная напряженность поля внутри проводника станет равной нулю, а, значит, перестанет существовать электрический ток. Поэтому, необходимо, чтобы цепь была замкнута, и заряды продолжали перемещаться. Заметим, однако, что при перемещении зарядов по замкнутому контуру, работа электрического поля равна нулю. Поэтому в цепь необходимо включить источник тока. Между полюсами источника существует определенная разность потенциалов, поэтому, в проводнике возникает электрический ток. Для измерения силы тока, как вы знаете, используется амперметр, который включается в цепь последовательно.

Следует отметить, что, все-таки, необходимость замкнутости электрической цепи для существования электрического тока, вызывает сомнения. Еще в 1897 году, величайший ученый и изобретатель Никола Тесла теоретически обосновал передачу электрического тока с помощью волновода и проводил соответствующие эксперименты. То есть, от одного заряженного тела энергия передавалась другому телу по одиночному проводу. Причем, этот провод, не являлся проводящим. Он, скорее, являлся направляющим проводом, который определял направление передачи электромагнитной энергии. На сегодняшний день российскими учеными разработана установка, позволяющая осуществить идею Николы Тесла, но, пока что, этот метод не торопятся внедрять в жизнь. Тем не менее, этот метод принципиально отличается от того, метода, который используется в настоящее время. Поэтому, при изучении законов постоянного тока мы, все же будем считать замкнутость электрической цепи необходимым условием для существования электрического тока.

Источник

ПОСТОЯННЫЙ ТОК

Электрический ток это упорядоченное движение заряженных частиц (электронов и ионов). За направление тока условно принято направление движения положительных зарядов, т.е. от « + » к « — ».

Условия, необходимые для существования электрического тока:

  • Наличие свободных заряженных частиц;
  • Наличие электрического поля, действующего на заряженные частицы с силой в определённом направлении;
  • Наличие замкнутой электрической цепи.

Действия тока:

  1. Тепловое: проводник по которому течет ток нагревается.
  2. Химическое: электрический ток может изменять химический состав проводника (электролита).
  3. Магнитное: ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела. Вокруг проводника с током существует магнитное поле.

Постоянный ток

Электродвижущая сила.

Если два заряженных тела соединить проводником, то через него пойдет кратковременный ток. Избыточные электроны с отрицательно заряженного тела перейдут на положительно заряженное. Потенциалы тел окажутся одинаковыми, значит, напряжение на концах проводника станет равно нулю, и ток прекратится. Для существования длительного тока в проводнике нужно поддерживать разность потенциалов на его концах неизменной. Этого можно достичь, перенося свободные электроны с положительного тела на отрицательное так, чтобы заряды тел не менялись со временем.

Силы электрического взаимодействия сами по себе не способны осуществлять подобное разделение зарядов. Они вызывают притяжение электронов к положительному телу и отталкивание от отрицательного. Поэтому внутри источника тока должны действовать сторонние силы, имеющие неэлектрическую природу и обеспечивающие разделение электрических зарядов.

Читайте также:  Оказание первой помощи при поражении электрическим током или молнией

Сторонние силы — любые силы, действующие на электрические заряженные частицы, за исключение сил, электростатического происхождения (т.е. кулоновских).

ЭДС – электродвижущая сила – физическая величина, определяемая работой , совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда от «+» полюса к «-» полюсу внутри источника тока. Является энергетической характеристикой источника тока.

Основные характеристики электрического тока

Виды соединений источников тока

Шунтирование амперметра.

Важным примером применения последовательного и параллельного соединения проводов являются различные схемы включения электроизмерительных приборов. Допустим, что имеется некоторый амперметр, рассчитанный на максимальный ток Imax, а требуется измерить большую силу тока. В этом случае параллельно к амперметру присоединяют малое сопротивление r, по которому направится большая часть тока. Его называют обычно шунтом. Сопротивление амперметра – R, и пусть R/r=n. Сила тока в цепи, амперметре и в шунте равны соответственно I, Iа и Iш

Параллельное присоединение шунта к измерительному прибору с целью изменения его чувствительности называют шунтированием. Схема шунтирования амперметра добавочным малым сопротивлением r.

Постоянный ток. Работа и мощность. Закон Джоуля – Ленца.

Работа электрического поля по перемещению заряда ∆ q из одной точки в другую равна произведению напряжения U между этими точками на величину заряда Dq: A=DqU

Учитывая, что Dq = IDt получаем: A= IUDt = I 2 RDt = Dt

При прохождении тока через проводник происходит его нагревание, значит электрическая энергия переходит в тепловую.

Закон Джоуля – Ленца гласит: количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивлению проводника и времени.

Q = I 2 R t – закон Джоуля – Ленца.

Закон открыт экспериментально независимо друг от друга Дж.Джоулем и Э.Х.Ленцем. Q = А – по закону сохранения энергии.

Мощность электрического тока равна работе, которая совершается током за единицу времени.

Дополнительные материалы по теме

пост эл ток

закон ома

соединение проводников

закон ома для полной цепи

Конспект урока «Постоянный ток. Формулы и схемы».

Источник



Постоянный ток это в физике 10 класс

«Физика — 10 класс»

Электрический ток — направленное движение заряженных частиц. Благодаря электрическому току освещаются квартиры, приводятся в движение станки, нагреваются конфорки на электроплитах, работает радиоприемник и т. д.

Рассмотрим наиболее простой случай направленного движения заряженных частиц — постоянный ток.

Какой электрический заряд называется элементарным?
Чему равен элементарный электрический заряд?
Чем различаются заряды в проводнике и диэлектрике?

При движении заряженных частиц в проводнике происходит перенос электрического заряда из одной точки в другую. Однако если заряженные частицы совершают беспорядочное тепловое движение, как, например, свободные электроны в металле, то переноса заряда не происходит (рис. 15.1, а). Поперечное сечение проводника в среднем пересекает одинаковое число электронов в двух противоположных направлениях. Электрический заряд переносится через поперечное сечение проводника лишь в том случае, если наряду с беспорядочным движением электроны участвуют в направленном движении (рис. 15.1, б). В этом случае говорят, что по проводнику идёт электрический ток.

Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.

Электрический ток имеет определённое направление.

За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.

Если перемещать нейтральное в целом тело, то, несмотря на упорядоченное движение огромного числа электронов и атомных ядер, электрический ток не возникнет. Полный заряд, переносимый через любое сечение, будет при этом равным нулю, так как заряды разных знаков перемещаются с одинаковой средней скоростью.

Направление тока совпадает с направлением вектора напряжённости электрического поля. Если ток образован движением отрицательно заряженных частиц, то направление тока считают противоположным направлению движения частиц.

Выбор направления тока не очень удачен, так как в большинстве случаев ток представляет собой упорядоченное движение электронов — отрицательно заряженных частиц. Выбор направления тока был сделан в то время, когда о свободных электронах в металлах ещё ничего не знали.

Действие тока.

Движение частиц в проводнике мы непосредственно не видим. О наличии электрического тока приходится судить по тем действиям или явлениям, которые его сопровождают.

Во-первых, проводник, по которому идёт ток, нагревается.

Во-вторых, электрический ток может изменять химический состав проводника: например, выделять его химические составные части (медь из раствора медного купороса и т. д.).

В-третьих, ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела. Это действие тока называется магнитным.

Так, магнитная стрелка вблизи проводника с током поворачивается. Магнитное действие тока в отличие от химического и теплового является основным, так как проявляется у всех без исключения проводников. Химическое действие тока наблюдается лишь у растворов и расплавов электролитов, а нагревание отсутствует у сверхпроводников.

В лампочке накаливания вследствие прохождения электрического тока излучается видимый свет, а электродвигатель совершает механическую работу.

Сила тока.

Если в цепи идёт электрический ток, то это означает, что через поперечное сечение проводника всё время переносится электрический заряд.

Заряд, перенесённый в единицу времени, служит основной количественной характеристикой тока, называемой силой тока.

Если через поперечное сечение проводника за время Δt переносится заряд Δq, то среднее значение силы тока равно:

Средняя сила тока равна отношению заряда Δq, прошедшего через поперечное сечение проводника за промежуток времени Δt, к этому промежутку времени.

Если сила тока со временем не меняется, то ток называют постоянным.

Сила переменного тока в данный момент времени определяется также по формуле (15.1), но промежуток времени Δt в таком случае должен быть очень мал.

Сила тока, подобно заряду, — величина скалярная. Она может быть как положительной, так и отрицательной. Знак силы тока зависит от того, какое из направлений обхода контура принять за положительное. Сила тока I > 0, если направление тока совпадает с условно выбранным положительным направлением вдоль проводника. В противном случае I

За положительное направление тока в проводнике примем направление слева направо. Заряд каждой частицы будем считать равным q. В объёме проводника, ограниченном поперечными сечениями 1 и 2 с расстоянием Δl между ними, содержится nSΔl частиц, где n — концентрация частиц (носителей тока). Их общий заряд в выбранном объёме q = qnSΔl. Если частицы движутся слева направо со средней скоростью υ, то за время все частицы, заключенные в рассматриваемом объёме, пройдут через поперечное сечение 2. Поэтому сила тока равна:

В СИ единицей силы тока является ампер (А).

Эта единица установлена на основе магнитного взаимодействия токов.

Измеряют силу тока амперметрами. Принцип устройства этих приборов основан на магнитном действии тока.

Скорость упорядоченного движения электронов в проводнике.

Найдём скорость упорядоченного перемещения электронов в металлическом проводнике. Согласно формуле (15.2) где е — модуль заряда электрона.

Пусть, например, сила тока I = 1 А, а площадь поперечного сечения проводника S = 10 -6 м 2 . Модуль заряда электрона е = 1,6 • 10 -19 Кл. Число электронов в 1 м 3 меди равно числу атомов в этом объёме, так как один из валентных электронов каждого атома меди является свободным. Это число есть n ≈ 8,5 • 10 28 м -3 (это число можно определить, если решить задачу 6 из § 54). Следовательно,

Как видите, скорость упорядоченного перемещения электронов очень мала. Она во много раз меньше скорости теплового движения электронов в металле.

Условия, необходимые для существования электрического тока.

Для возникновения и существования постоянного электрического тока в веществе необходимо наличие свободных заряженных частиц.

Однако этого ещё недостаточно для возникновения тока.

Для создания и поддержания упорядоченного движения заряженных частиц необходима сила, действующая на них в определённом направлении.

Если эта сила перестанет действовать, то упорядоченное движение заряженных частиц прекратится из-за столкновений с ионами кристаллической решётки металлов или нейтральными молекулами электролитов и электроны будут двигаться беспорядочно.

На заряженные частицы, как мы знаем, действует электрическое поле с силой:

Обычно именно электрическое поле внутри проводника служит причиной, вызывающей и поддерживающей упорядоченное движение заряженных частиц.
Только в статическом случае, когда заряды покоятся, электрическое поле внутри проводника равно нулю.

Если внутри проводника имеется электрическое поле, то между концами проводника в соответствии с формулой (14.21) существует разность потенциалов. Как показал эксперимент, когда разность потенциалов не меняется во времени, в проводнике устанавливается постоянный электрический ток. Вдоль проводника потенциал уменьшается от максимального значения на одном конце проводника до минимального на другом, так как положительный заряд под действием сил поля перемещается в сторону убывания потенциала.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Законы постоянного тока — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Источник